[發(fā)明專利]金屬納米顆粒粒徑的測量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510301827.0
• 申請(qǐng)日: 2015-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN105092432B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白本鋒;肖曉飛;劉禎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/02
• 分類號(hào): G01N15/02
• 代理公司: 深圳市鼎言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達(dá)

本發(fā)明提供一種金屬納米顆粒粒徑的測量系統(tǒng)，包括一光源模組，一斬光器，一參考樣品池，一反射鏡，一樣品池，一光電探測單元以及一數(shù)據(jù)處理單元；所述光源模組用于依次發(fā)出的兩個(gè)波長為和單色光，經(jīng)過斬光器分光后，分別形成一參考光及一測量光；所述參考光經(jīng)過參考樣品池后進(jìn)入光電探測單元，經(jīng)光電探測單元處理后輸入數(shù)據(jù)處理單元；所述測量光經(jīng)過反射鏡反射后，進(jìn)入樣品池，經(jīng)過樣品池后進(jìn)入光電探測單元，經(jīng)過光電探測單元處理后，輸入數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元包括金屬納米顆粒的吸光度比值與粒徑之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的第一數(shù)據(jù)處理模組；以及在和兩個(gè)波長下，金屬納米顆粒修正后的吸光度比值與平均粒徑之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的第二數(shù)據(jù)處理模組。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)測量領(lǐng)域，尤其涉及一種利用消光數(shù)據(jù)測量納米顆粒的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

納米顆粒是指至少在一個(gè)維度上的尺寸在1 nm-100nm之間的顆粒。由于金屬納米顆粒具有納米量級(jí)的粒徑，使其具有很多特殊效應(yīng)，如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、以及宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而使其光、電、聲、熱和其它物理特性表現(xiàn)出與傳統(tǒng)塊體材料截然不同的特殊性質(zhì)。而金屬納米顆粒的很多特性均與其粒徑大小有密切關(guān)系，因此對(duì)金屬納米顆粒粒徑的測量和表征有重要的科學(xué)研究和實(shí)用意義。

目前用于金屬納米顆粒粒徑測量的主要方法是顯微成像法和散射度量法。其中，顯微成像法是應(yīng)用某種顯微成像技術(shù)對(duì)納米顆粒直接成像，進(jìn)而在其顯微圖像上直接測量顆粒尺寸的方法，但它測量速度慢、效率低、成本高、設(shè)備投入大、需要專業(yè)人員操作等，不便于實(shí)驗(yàn)室外測量和實(shí)時(shí)測量。現(xiàn)有散射度量法又主要有分為動(dòng)態(tài)光散射法、小角度X射線散射法、散射光譜法等。散射度量法也存在一些不足，包括：1）需要測量金屬納米顆粒群的一種或多種光譜信息，因此要用到分光光度計(jì)、光譜儀等較昂貴的儀器；2）其核心原理是求解逆散射問題，會(huì)由于逆問題的病態(tài)性導(dǎo)致反演結(jié)果的不穩(wěn)定，因此對(duì)求解算法的可靠性要求較高。在實(shí)際應(yīng)用中，人們常常還需要對(duì)納米顆粒進(jìn)行快速測量，如在合成金屬納米顆粒時(shí)，需要快速測定其平均粒徑，但目前的方法還不能滿足這種需求。

發(fā)明內(nèi)容

綜上所述，確有必要提供一種成本低、操作簡單、穩(wěn)定且精確的能測量大樣品量金屬納米顆粒的平均直徑的測量系統(tǒng)。

一種金屬納米顆粒粒徑的測量系統(tǒng)，包括：一光源模組，一斬光器，一參考樣品池，一反射鏡，一樣品池，一光電探測單元以及一數(shù)據(jù)處理單元；其中，所述光源模組用于依次發(fā)出兩個(gè)波長為和的單色光，經(jīng)過斬光器分光后，分別形成一參考光及一測量光；其中所述參考光經(jīng)過參考樣品池后進(jìn)入光電探測單元，經(jīng)光電探測單元處理后輸入數(shù)據(jù)處理單元；所述測量光經(jīng)過反射鏡反射后，進(jìn)入樣品池，經(jīng)過樣品池后進(jìn)入光電探測單元，經(jīng)過光電探測單元處理后，輸入數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元包括在和兩個(gè)波長下，金屬納米顆粒的吸光度比值與粒徑之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的第一數(shù)據(jù)處理模組，包括包括吸光度比值、吸光度和、平均消光截面與粒徑D之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫和；以及在和兩個(gè)波長下，金屬納米顆粒修正后的吸光度比值與平均粒徑之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的第二數(shù)據(jù)處理模組，包括修正后的吸光度比值、吸光度和、平均消光截面與粒徑D之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫和。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的金屬納米顆粒粒徑的測量系統(tǒng)，通過兩個(gè)特征波長處消光數(shù)據(jù)，并通過吸光度比值與粒徑與之間的關(guān)系以及其修正關(guān)系，可以快速、穩(wěn)定且精確表征金屬納米顆粒的平均直徑，降低了測量成本，提高了測量速度、穩(wěn)定度和精度。該方法解決了現(xiàn)有散射度量法需要對(duì)散射逆問題進(jìn)行建模求解以及需要使用較昂貴的光譜儀器的不足。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的金屬納米顆粒粒徑的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的金屬納米顆粒粒徑的測量方法的流程圖。

圖3為典型的金屬納米顆粒的消光光譜。

圖4由下至上為修正前的曲線和修正后的曲線及靈敏度的計(jì)算曲線。

圖5為金納米棒的幾何模型示意圖。